DE3247389C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Mantelwellensperre gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1. Bei derartigen, z. B. aus dem Firmenprospekt "DS 234" der Anmelderin, vom Januar 1976, Seite 6, bekannten Antennen (Fesa 717 N..) dient das antennenseitige Anfangsstück des Koaxialka­ bels (< < η/4) in gebräuchlicher Weise aufgrund seines Durchhangs als sogenannter "Wassersack" zur Vermeidung des Eindringens von Wasser in die Kabelanschlußdose. Der sich anschließende Abschnitt weist einen geringen Abstand vom Längsträger auf, weil er daran mittels einer Kunststoffschelle (< < η/4) befestigt ist. Diese Anordnung des Koaxial­ kabels dient somit ausschließlich mechanischen Zwecken.

Die Anschlußdipole solcher Antennen sind entweder als gestreckte oder gefaltete Halbwellendipole oder als gestreckte Ganzwellendipole ausgeführt. In den meisten Anwendungsfällen ist das Koaxialkabel daran nicht direkt, sondern über ein Symmetrierglied angeschlossen, wobei heute schmalbandige Ausführungen, insbesondere wegen der im Vergleich zu bekannten Breitbandlösungen (Symmetrierübertrager) wesentlich ge­ ringeren Verluste bevorzugt werden.

Je nach Anschlußwiderstand des Anschlußdipols ist dabei ein Symme­ trierglied mit oder ohne Widerstandstransformation gewählt. Die häu­ figsten Ausführungsformen ohne Widerstandstransformation sind der Viertelwellensperrtopf und das Pawsey-Symmetrierglied (s. z. B. K. Rothammel, "Antennenbuch", Telekosmos-Verlag, Franck′sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart, 1981, Seiten 124 und 125), bei denen ein Anfangsstück eines Koaxialkabels von einem Viertelwellensperrtopf um­ schlossen oder mit einem parallel geschalteten, am Ende kurzgeschlos­ senen Koaxialkabelstück ausgestattet ist, das ebenfalls in Viertel­ wellenresonanz abgestimmt ist. Diese Symmetrierglieder sind indessen aufwendig und teuer, weil der Sperrtopf bzw. das Kabelstück am kurz­ geschlossenen Ende leitend mit dem Außenleiter des koaxialen Anschluß­ kabels verbunden werden muß und dadurch zusätzlich noch besondere Maß­ nahmen zur Abdichtung dieser Stelle zu treffen sind, da ansonsten nicht nur der Kabelaußenleiter korrodieren kann, sondern beim Eindrin­ gen von Feuchtigkeit in das Kabel dessen elektrische Werte bis zu sei­ ner Unbrauchbarkeit verschlechtert werden.

In der Paxis wird daher zumeist die einfache und kostengünstige Halbwellen-Umwegleitung bei Antennen mit einem als gestreckter Ganz­ wellendipol (s. z. B. die Antennen Fesa 717 N.. der Anmelderin) oder als gefalteter Halbwellendipol (s. z. B. Fig. 36 auf Seite 75 des Fach­ buches "Praktischer Antennenbau", H. G. Mende, 17. Auflage, 1979) aus­ gebildeten Anschlußdipol eingesetzt, dessen Anschlußwiderstand von et­ wa 300 bzw. 240 Ohm durch die Umwegleitung auf den Wellenwiderstand des Anschlußkabels von 75 bzw. 60 Ohm herabtransformiert wird.

Bei diesen schmalbandigen Symmetriergliedern treten jedoch an den Grenzen des UHF-Breiches IV/V gegenüber der Bandmitte Phasendifferen­ zen von bis zu 40° auf, so daß bei von ihrer Resonanzfrequenz abwei­ chenden Betriebsfrequenzen dem Koaxialkabel nicht nur die durch Gegen­ taktanregung des Dipols erzeugte Nutzwelle zugeführt wird, sondern auch durch Gleichtaktanregung des Dipols entstehende Gleichtaktströme. Diese fließen als sogenannte Mantelwellen auf dem Außenleiter des Koa­ xialkabels und Teilen des Metallträgers und des Standrohrs der Antenne als zweitem Leiter. Dadurch wird der Antennengewinn verringert und die Richtkennlinie der Antenne erheblich beeinträchtigt. Die Hauptemp­ fangsichtung kann bis zu etwa 20° vom Sollwert abweichen (Schielen), die Seiten- und Rückzipfel werden größer und die Nullstellendämpfungen besondern in den Richtungen senkrecht zur Hauptempfangsrichtung kleiner. Darüber hinaus können sich durch frequenzabhängige Schwankun­ gen der Gleichtaktströme zusätzlich Unregelmäßigkeiten (Einbrüche) in der frequenzabhängigen Gewinnkurve ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mantelwellensperre der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß sie Gleichtaktströme auf einfache und kostensparende Weise im gesamten Betriebsfrequenzbe­ reich unterdrückt und keine leitende Verbindung mit dem Außenleiter des Koaxialkabels erfordert.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Mantelwellensperre erfolgt also ohne besondere, nicht für die Antenne an sich schon benötigte Teile (Befe­ stigungsmittel) und ist somit äußerst kostengünstig. Darüber hinaus kommt sie ohne leitende Verbindung mit dem Kabelaußenleiter aus, so daß dessen Korrosionsschutz und Dichtigkeit gegen das Eindringen von Feuchtigkeit durch die äußere Isolierhülle vollständig erhalten bleibt. Bei praktisch erprobten erfindungsgemäßen Mantelwellensperren für UHF- Fernsehempfangsantennen mit gestrecktem Ganzwellendipol weist das aus dem antennenseitigen Anfangsstück des Koaxialkabel-Außenleiters und dem dazu in großem Abstand angeordneten Metallträgerteil gebildete er­ ste Leitungsstück einen Wellenwiderstand Z _{m 1} von ca. 300 Ohm auf. Der innerhalb der Metallschelle verlaufende Abschnitt des Außenleiters des Koaxialkabels bildet den Innenleiter eines sich anschließenden koaxia­ len Leitungsstückes, dessen Außenleiter die Metallschelle und dessen Dielektrikum die äußere Isolierhülle des Kabels ist. Dieses koaxiale Leitungsstück hat bei für Empfangsantennen gebräuchlichen Koaxialka­ beln mit ungefähr 5 mm Außenleiterdurchmesser einen Wellenwiderstand Z _{m 2} von ungefähr 10 Ohm und eine wegen ihrer geringen Länge kleine Dämpfung. An seinem empfängerseitigen Ende folgt für die Mantelwelle wieder eine Leitung mit hohem Wellenwiderstand, weil der Außenleiter in großem Abstand vom Antennenträger und vom Standrohr oder in einem Standrohr mit großem lichten Durchmesser verläuft. Der Widerstand R _{m 1} am empfängerseitigen Ende des koaxialen Leitungsstücks ist unbestimmt, weil er von der Kabelführung abhängt.

Er ist aber auch unter ungünstigen Umständen größer als 10 Ohm, da die zum Empfänger führende Leitung einen hohen Wellenwiderstand und eine erhebliche Dämpfung durch Strahlung und Verluste im Stahlstandrohr aufweist. Der Widerstand R _{m 2} am antennenseitigen Ende des koaxialen Leitungsstücks ist somit bei der Resonanzfrequenz entsprechend der Formel R _{m 2} = Z _{m 2}/R _{m 1} < 10 Ohm und an den Grenzen eines sehr weiten Frequenzbereiches ein entsprechend kleiner Scheinwiderstand. Der Wi­ derstand R _{m 3} am antennenseitigen Ende des ersten Leitungsstücks ist dann durch λ/4-Transformation breitbandig hochohmig, nämlich bei der Resonanzfrequenz nach der Formel R _{m 3} = Z _{m 1}/R _{m 2} < 9 -kOhm. Dieser Wider­ stand ist mehr als hundertmal so groß wie der transformierte Dipolan­ schlußwiderstand (75 Ohm), so daß innerhalb eines großen Frequenzbe­ reichs eine ausreichende Unterbindung von Mantelwellen gewährleistet ist. Dabei sind wegen der Breitbandigkeit die Längen der beiden trans­ formierenden Kabelstücke und die dadurch bedingten Größen der Reso­ nanzfrequenzen unkritisch.

Den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Ausfüh­ rungsformen der erfindungsgemäßen Mantelwellensperre entnehmbar.

Bei einer Mantelwellensperre für eine YAGI-Antenne mit über eine Halbwellen-Umwegleitung angeschlossenen Anschlußdipol nach Anspruch 2 beträgt die Länge des ersten und des koaxialen Leitungsstücks etwa ein Viertel der Wellenlänge in der Nähe der unteren Grenze des Betriebsfrequenzbereichs. Die Resonanzfrequenz der Halbwellen- Umwegleitung liegt bei YAGI-Antennen meistens wenig unterhalb der obe­ ren Grenze des Betriebsfrequenzbereichs, damit der dort auftretende Höchstwert des Antennengewinns nicht durch die Dämpfung der Umweglei­ tung vermindert, sondern möglichst groß wird. Durch die anspruchsgemä­ ße Bemessung der Längen der beiden Leitungsstücke ist der Eingangswi­ derstand am Koaxialkabel in der Nähe der unteren Grenze des Betriebs­ frequenzbereichs am größten, so daß insgesamt die Sperrwirkung der aus der Halbwellen-Umwegleitung und der erfindungsgemäßen Mantelwellen­ sperre bestehenden Einrichtung über einen sehr großen Frequenzbereich gegeben ist. Die Resonanzfrequenz der beiden Leitungsstücke kann dabei nicht nur innerhalb des Betriebsfrequenzbereiches, sondern auch etwas unterhalb von dessen unterer Grenze liegen, wobei Teile der Leitungs­ stücke kapazitive Blindanteile der an den Enden wirksamen Scheinwider­ stände kompensieren. Damit ist sowohl eine breitbandige Verbesserung der Richtkennlinie als auch die Beseitigung der bereits erwähnten Un­ regelmäßigkeiten im Frequenzgang des Gewinns im unteren Teil des Be­ triebsfrequenzbereichs erreicht. In diesem Bereich kann sich darüber hinaus eine Zunahme des Antennengewinns ergeben, da auch eine dafür ausreichende Widerstandsanpassung der Antenne an das koaxiale An­ schlußkabel zu erzielen ist.

Eine andere vorteilhafte Maßnahme zum Erreichen des erforderlichen kleinen Widerstandes an empfängerseitigen Ende des ersten Leitungs­ stückes besteht gemäß Anspruch 3 darin, zwischen der Metallschelle und dem von ihr umfaßten Abschnitt des Koaxialkabels ein Isoliermaterial mit sehr hohen Hochfrequenzverlusten anzuordnen. Dabei kann die Me­ tallschelle so kurz sein, daß das angeschellte Kabelstück wie eine Ka­ pazität wirkt, der ein kleiner Dämpfungswiderstand parallel liegt.

Bei zwei vorteilhaften alternativen Ausgestaltungen der erfindungsge­ mäßen Mantelwellensperre nach Anspruch 4 und 5 bildet die Metallschel­ le entweder selbst oder zusammen mit dem Metallträgerteil einen Längsschlitz, in den das Koaxialkabel eindrückbar ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, daß die Metallschelle schon bei der Antennenfer­ tigung fest am Antennenträger angebracht werden kann und das Koaxial­ kabel bei der Antennenmontage in einfacher Weise nur noch in diese einzudrücken ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Mantel­ wellensperre besteht gemäß Anspruch 6 darin, daß die Metallschelle mehrere durch Querschlitze voneinander getrennte Klammern aufweist, von denen ein Teil federnd am montierten Koaxialkabel anliegt. Dadurch wird das Eindrücken des Kabels erleichtert, weil dabei nur die erheb­ lich kürzeren Schenkel einzeln nacheinander federnd ausweichen müssen.

Die Figuren zeigen zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Mantelwellensperre jeweils an einer Antenne.

Die Fig. 1 und 3 sind Seitenansichten der betroffenen Antennenteile und

die Fig. 2 und 4 Querschnitte durch den Antennenträger mit der Metallschelle und dem Koaxialkabel.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 sind an einem Längsträger 3 aus metallischem Vierkantrohr ein Empfangsdipol 1 mit einer Kabelanschlußdose 2, sowie nicht dargestellte Direktoren und Reflektoren befestigt und mit Blechtreibschrauben 4 eine Metallschelle 5 mit zwei zueinander symmetrischen federnden Schenkeln 6 angebracht. Zwischen den freien Endteilen der Schenkel 6 ist ein Längsschlitz 7 gebildet, dessen Breite kleiner ist als der Durchmesser des durch die­ sen Schlitz 7 in die Metallschelle 5 eingedrückten Koaxialkabels 8, dessen Außenleiter 9 von einer Schutzisolierhülle 10 umgeben ist. Ein antennenseitiges Anfangsstück 11 des Koaxialkabels 8 hat vom nicht dargestellten Anschluß an einem Symmetrierübertrager in der Kabelan­ schlußdose 2 bis zur Metallschelle 5 einen großen Abstand vom Längs­ träger 3. Das Anfangsstück 11 und die Metallschelle 5 haben jeweils eine Länge von einer Viertelwellenlänge im Betriebsfrequenzbereich.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 ist eine sogenannte Vormastantenne verwendet, bei der eine Metallschelle 12 an einem Trä­ ger 13 eines nicht dargestellten Reflektorschirms mit Blechtreib­ schrauben 14 befestigt ist. An der Metallschelle 12 sind durch Quer­ schlitze 15 federnde Klammern 16 und 17 gebildet. Die Breite des Längsschlitzes 18 zwischen diesen Klammer 16, 17 und dem Träger 13, durch den das Koaxialkabel 8 auf den Träger 13 und in die Klammern 16 und 17 eingedrückt ist, ist bei den schmalen Klammern 16 kleiner als der Außendurchmesser des Kabels 8 und bei den breiten Klammern 17 un­ gefähr gleich diesem Durchmesser, wodurch das Einschieben des Koaxial­ kabels 8 erleichtert ist.

Die Längen des antennenseitigen, einen großen Abstand vom Träger 13 aufweisenden Anfangsstücks 19 des Koaxialkabels 8 und der Metallschel­ le 12 sind in der gleichen Weise bemessen wie beim ersten Ausführungsbeispiel.

Die jeweils aus dem Außenleiter 9 der antennenseitigen Anfangsstücke 11 bzw. 19 des Koaxialkabels 8 und dem Träger 3 bzw. 13 gebildeten Leiterstücke haben einen Wellenwiderstand von etwa 300 Ohm, die je­ weils aus der Metallschelle 5 bzw. 12 und dem Außenleiter 9 des Koaxi­ alkabels 8 gebildeten koaxialen Leitungsstücke haben einen Wellenwi­ derstand von etwa 10 Ohm.

Der am empfängerseitigen Eingang der koaxialen Leitungsstücke 8, 9 be­ stehende Widerstand von < 10 Ohm wird durch diese in einen Widerstand von < 10 Ohm an ihrem antennenseitigen Ende transformiert und dieser durch das antennenseitige Leitungsstück in einen solchen von < 9 kOhm. Durch diesen hohen Widerstand ist ausschließlich mit Hilfe der zur Ka­ belbefestigung sowieso vorhandenen Klemmschellen 5 bzw. 12, also mit minimalem Mehraufwand, eine breitbandig wirksame Unterdrückung von Mantelwellen bewirkt.

Claims (6)

1. Mantelwellensperre für eine in einem Betriebsfrequenzbereich arbeiten­ de symmetrische Antenne mit einem Anschlußdipol und daran direkt oder über ein schmalbandiges Symmetrierglied angeschlossenem Koaxialkabel mit einer äußeren Isolierhülle, vorzugsweise zum Fernsehempfang im ge­ samten UHF-Bereich von 470-790 MHz, bei der ein antennenseitiges An­ fangsstück des Koaxialkabels in großem Abstand und ein sich daran an­ schließender Abschnitt des Koaxialkabels in geringem Abstand von einem Metallträgerteil geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der in geringem Abstand von dem Metallträ­ gerteil (3, 13) geführte Abschnitt des Koaxialkabels (8) von einer Metallschelle (5, 12) umfaßt ist, und daß die Länge des antennenseiti­ gen Anfangsstücks (11, 19), sowie des von der Metallschelle (5, 12) umfaßten Abschnittes des Koaxialkabels (8) jeweils eine Viertelwellen­ länge im Betriebsfrequenzbereich beträgt.

2. Mantelwellensperre nach Anspruch 1 für eine YAGI-Antenne mit über eine Halbwellen-Umwegleitung angeschlossenem Anschlußdipol, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des antennenseitigen Anfangs­ stücks (11, 19) und des von der Metallschelle (5, 12) umfaßten Ab­ schnitts des Koaxialkabels (8) etwa eine Viertelwellenlänge in der Nä­ he der unteren Grenze des Betriebsfrequenzbereiches beträgt.

3. Mantelwellensperre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Metallschelle (5, 12) und dem von ihr umfaßten Abschnitt des Koaxialkabels (8) ein Isoliermaterial mit sehr großen Hochfre­ quenzverlusten angeordnet ist.

4. Mantelwellensperre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen zwei federnden Klemmschenkeln (6) der Metall­ schelle (5) ein Längsschlitz (7) gebildet ist, in den das Koaxialkabel (8) eindrückbar ist.

5. Mantelwellensperre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen der Metallschelle (12) und dem Metallträgerteil (13) ein Längsschlitz (18) gebildet ist, in den das Koaxialkabel (8) eindrückbar ist.

6. Mantelwellensperre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Metallschelle (12) mehrere durch Querschlitze (15) voneinander getrennte Klammern (16, 17) aufweist, von denen ein Teil (16) federnd am montierten Koaxialkabel (8) anliegt.